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电气和自动化论文范文1
论文摘要：文章介绍一种应用当前最先进的工业自动化控制技术的用于教学培训的柔性制造系统。
1引言
随着工业自动化技术的迅猛发展，现代自动生产加工系统中的控制和操作技术越来越复杂，往往综合了机械、气动、液压、传感器技术、PLC及伺服驱动、数控技术、机器人技术、通信技术、柔性制造及计算机集成制造技术等多门学科，因此对于工业现场的应用技术人员也提出较高的要求。对于培养生产一线的技术应用型人才的高等职业技术教育院校来说，提供模拟自动化生产加工系统的综合实训环节，培养学生的综合工程应用能力，满足现代化企业生产的需求是我们的教学理念。在教学中我们引入了德国某公司的F’MS50系统，也称为柔性制造系统机电一体化培训设备。
2系统的组成和功能
此柔性制造系统是一套模拟实际工业自动化生产中不同复杂程度控制过程的柔性加工中心。根据系统的不同运行状态，可实现对生产加工过程的改变和控制。图1所示为该物流系统的平面示意图，整个系统由以下13个工作站组成:①供料站;②检测站;③提取站;④加工站;⑤图像处理站;⑥装配站;⑦暂存站;⑧提取站;⑨成品分装站;⑩闭环柔性输送装置;⑧柔性加工系统上下料机器人;⑩数控车床;⑩数控铣床。
该系统的生产过程模拟短行程气缸的装配，其中包括的零件有:缸体、活塞、弹簧和端盖。整个加工系统的流程为:工件由送料站送人检测站~检测站检测工件的状况~将合格零件放人传送带上的工件运送车上~由提取站中的机械手上下料装置将工件放人加工站进行加工~再将工件放回传送带上~工件经过图像处理站时由工业图像处理系统检测将要进行装配的工件形状是否合格~合格工件进人下一个站(不合格工件将被剔除)~装配站中的五轴机器人对气缸进行组装(其中缸体由传送带运送，活塞储存在装配站的货盘上，端盖和弹簧储存在料舱中)~暂存站将装配好的工件暂存于高层仓库中(可按需要将工件放回到传送带上)一由提取站中的机械手上下料装置按工件的颜色将工件从传送带上放人成品分装站中~成品分装站完成成品输出。
此系统是一个可以扩展的可以连接多个工作站的系统，并在生产过程中可柔性地面对运行状态且可以按相应的情况控制物流。其主要单元是负责向系统内个工作站间输送零件的闭环柔性输送装置。每个工作站中都带有由STEMENS S7一300系列控制器和数字量vo模块组成的控制板，控制板与工作站的连接通过一根标准的vo电缆连接。传送系统的控制也由SIEMENS S7实现。工作站之间的通信由vo接口定义，传送系统内部的数据传送由AS一1(执行器和数字传感器组成的网络)总线实现。工作站与传送系统之间的通信通过vo接口定义。在FMSSo中使用SIEMENS的WinCC对系统进行监视，控制以及数据采集。为了实现WinCC和PLC之间的数据交换，该系统采用了Profibus一DP现场总线。WinCC发送数据到PLC，同时从PLC接收数据信息。通过WinCC在主机中按照级别的优先权监控每个设备的运行情况，并且通过一根电缆即可完成在线对PLC S7编程和故障诊断。
该系统包含实际生产加工的主要功能:来料分配、工件检测、工件操作(机械手上下料)、工件加工及处理、质量控制(图像处理)、自动装配(五轴机器人装配)、立体仓库(料仓)、工件输出、工件分拣、闭环柔性输送装置、数控加工等。使用该系统应可以完成不同复杂程度、各种主要课题的教学培训，如:气动技术、机械技术、通信技术、机械手技术、传感器技术、PLC技术、电气/电子技术、自动控制技术、传动技术、物流技术、数控技术和系统管理等。
3模块化工作站
构成柔性制造系统FMS50中的各工作站均包括独立的电气和可编程控制器单元，带有一个标准vo接口用于与PLC板的连接。机械和气动单元按照各工作站的不同生产功能可以由标准模块组装而成，灵活性较大，气动系统的控制原理相似。
以工件提取站为例，该站完成将工件从传送带上提取并将其放置在加工站上的分度盘上的任务。它的主要组成模块是完成x轴运动(运送工件)的无杆气缸A、完成:轴运动(提放工件)的扁平气缸(提升缸)B，气动平行抓手C(抓取工件)和由3片紧凑型阀组成阀岛CPV10及滑槽模块。气动控制回路图如图2所示。图中A缸和B缸控制回路中的单向节流阀用于控制两缸的行进速度;A缸控制回路中的两个气控单向阀在回路中形成气动锁，是一种安全措施，可使气缸在系统断电或停气时在任意位置保持不动。阀岛中的3个电磁阀C，M，M分别控制气缸A，B，C。其中C型电磁阀由两个常断式单电控二位三通电磁阀组成;M型电磁阀是单电控二位五通电磁阀。
模块化工作站的特点是工作站中的小型模块应该能够体现生产加工中的各种单独功能或组装加工，采用的控制模式与实际生产中相同，每个工作站均包含独立的电气及可编程序控制器单元且采用标准的电气接口，每个工作站本身可以单独用于教学实训，每个模块都具有相应的培训内容，各工作站之间通过电缆或总线连接可以形成不同形式的柔性制造系统。
4该系统的教学培训理念
FMS50系统的模块化设计，可以单独训练PLC编程和机器人操作技术及各工作站，如工件自动装配、自动输送、缓冲仓储等。在教学实践中，采用模块化教学方法，教学的过程从基础简单的操作和控制逐步扩展到复杂操作的控制，具体操作是将学生分组训练，每组学生要完成从模块的机械、气动与电气元件组装安装到工作站的气动与电气回路连接，再根据工艺要求进行PLC编程，调试、操作、维修及故障排除。在工作站之间的连接和工作站与传送系统的连接过程中，学生可以了解到vo通信和总线控制技术。并且通过监视、控制以及数据采集软件vvn}rcc，了解系统的物流和信息流运行情况。在整个训练过程中可以使学生将所学过的专业知识加以综合应用，并能培养学生的学习能力、独立思考能力及团队合作精神。由于该系统是开放式的，学生可以在训练中加人自己的创新思想，重新组合或开发新的工作站，组成不同的机电一体化系统。在高层次的训练中，可以对学生进行诸如远程控制、图像识别、机器人、交互式仿真系统COS/MIR软件(提供建模、运动仿真及三菱机器人编程仿真)等知识的培训。
电气和自动化论文范文2
论文关键词：变电站；变电站数字化；通信网络
为了提高电力系统的自动化水平和可靠性，提高电网企业的经济效益和管理水平，我国电力企业积极进行变电站的数字化。随着国家标准的不断完善以及智能断路器、非常规互感器和网络技术的发展，数字化将是未来变电站自动化发展的必然趋势。
一、数字化变电站的特点
随着数字化技术的出现和应用，数字化变电站的概念也被提出。数字化变电站可以实现信息的整体和统一处理,同时具备变电站内ied之间、控制中心和变电站之间协同互动运行的能力。一般情况下，数字化变电站具备以下几个技术特点。
1.层次化
由于所具备的功能差异，变电站的结构逻辑可分成间隔层、过程层以及变电站层。间隔层的作用是通过本间隔的数据作用于自身间隔的一次设备。所有与一次设备接口功能的实现是通过过程层完成的。利用全站的数据，变电站层可以对全站的一次设备进行监视以及控制，同时可以实现与远方控制中心进行交换数据。
2.一次设备的智能化
可编程（plc）控制器可以替换变电站二次回路中的继电器及其配套的逻辑回路，光电数字和光纤将会代替变电站目前普通的模拟信号和控制线路被。
3.二次设备的网络化
变电站的二次设备不设功能装置重复的输入/输出接口，通过网络可以真正实现数据共享、资源共享，普通的功能装置也会演变成逻辑的功能模块。
4.运行管理实现自动化
日常运行、维护、数据记录可以实现无纸化办公和自动化的信息分流交换；变电站发生故障时，及时提出故障原因和维修意见；系统可以自动发出变电站设备状态检修报告。
二、数字化变电站中的关键技术
由于用户对供电质量、可靠性要求以及电压等级和电网容量的不断提高，电力电子、传感器、网络通信和信号处理等技术日渐成熟，所以变电站一次设备智能化、自动化成为发展的必然趋势。当前，该技术主要是智能断路器、集成型智能开关以及电子式电流电压互感器等设备的发展和应用。
1.非常规的互感器
随着计算机技术和光电技术日益成熟，非常规互感器在实际生产中得到了广泛的应用。它具有很强的抗电磁干扰能力、绝缘好、可测量频带宽，新型光电/电子式互感器具有现代光电技术的优点以及电光晶体的各种优异特性，在电力行业有着广泛的应用。同时，结合数字信号处理dsp技术和光电技术，未来将呈现出很好的发展势头。
数字化保护和测控设备可以和非常规互感器直接接口，省去了中间环节。它的优点是：能隔离高低压，绝缘性能良好；由于不含铁芯，铁磁谐振和磁饱可以消除；良好的抗电磁干扰性能，低压侧无开路高压危险；测量精度高，动态范围大；频率响应范围大；无易燃、易爆等危险。
由于以上优点，非常规互感器不仅具有可观的经济效益和社会效益，而且能很好地适应电力系统数字化、智能化和网络化发展的需要，提高了电力系统自动化程度并且能够保证其安全可靠的运行。
2.断路器智能技术
为了改变现有断路器的单一空载分闸特性，自动获得实际开断时电气和机械性能上的最佳开断效果，且由于电网运行过程中会经常有各种开断指令，断路器可以执行相应的智能操作——自动调整执行机构和灭弧室工作条件的选择。通过智能断路器的过程层(i/o)通信接口，输入和输出通信数据，而这些通信数据必须符合iec61850标准。或者说根据iec61850提出的标准体系，断路器属于过程层设备，所以控制跳合闸命令的传递以及断路器状态信息传输是通过iec61850标准的通信数据来实现的。
3.集成型智能开关设备
国外一些大的电力设备生产公司已经推出类似产品，瑞士abb公司推出的接插式开关系统pass是最具代表性的。它是abb公司在生产气体绝缘组合电器gls和空气绝缘开关设备als的基础上研发的一种新型电器设备，而该款产品具备了gls的优点。从20世纪末应用至今，已在美国、加拿大、英国、瑞典等变电站使用并且用户反应良好。可以说，集成型智能开关设备是电力系统将来一次电气设备的发展方向，它的主要优点是结构紧凑、安装方便、接线简化、占地面积小、自动化程度高、可靠性高和日常维护简单。
三、数字化变电站通信网络结构
建设数字化变电站的基础之一就是从逻辑概念和物理概念上，将通信体系分为三个层次，即间隔层、变电站层以及过程层，并且制定了各层通信接口之间的通信标准。而另一个前提就是制定的iec61850标准，该标准的制定，有利于实现电力自动化系统的三个功能，即控制、监视和继电保护功能。
由于没有规定通信拓扑，并且对设备之间的通信接口没有任何标准，所以各个厂家只是根据客户需求自行设计和定义物理通信链路上的通信接口，上述的三个层次仅是抽象的概念。由于iec6185o使用以太网作为基本通信技术，并没有限制实际的网络形式，所以，随着网络技术的进步，同一个网络完全可以融合变电站总线和过程总线。这样的通信系统既有利于变电站与控制中心构成统一的无缝通信网络，而且可以同时实现变电站内的无缝连接。
变电站层有两种功能。变电站层功能是指sas到各个接口的功能，即到本地站操作员人机接口、远方控制中心遥控接口或远程监视维护工程远方监视接口的功能。另外一个功能是指利用多个变电站或间隔的数据，而且作用到整个站的一次设备或多个间隔。
间隔层是利用分析某个间隔数据，然后可以实现控制该层一次设备的目的。该功能是与任何类型的i/o或智能传感器和执行器通信，即通过一定的逻辑接口在间隔层内通信或与过程层通信。
过程层功能是连接到过程的全部功能。
四、数字化变电站对变电站的影响
1.对二次系统应用的影响
由于现代数字技术的发展以及相关标准的制定，变电站数字化技术得以迅速发展应用。在电气量采集的环节、ied设备数据传输交换方式、变电站信息冗余性、变电站二次系统运行安全性、可靠性等，都将由于变电站数字化技术的应用产生巨大的影响。
2.对变电站整体建设方案的影响
当今，由于土地价格昂贵，缩小变电站的占地面积将是目前变电站建设急需考虑的问题。由于电子式互感器的体积小，方便安装，与其他高压设备集成方便，所以能减少变电站的占地面积。实现数字化的变电站基本上没有电缆，采用光纤通信，造价低，重量轻。可以取消变电站内大部分电缆井和电缆层，建设变电站的成本也可大大减少。
3.数字化变电站对设备调试的影响
数字化变电站不仅可以提高二次系统安全性，而且可以大大简化二次系统的调试；电压互感器的极性由安装位置决定，所以现场不需要校验；绝缘电阻不需要测试；电子式互感器还可以确保使用数据正确，这是由于该设备传输的数据都有标记，方便识别；除此之外，由于一二次回路接线不需要查线，原来的查线工作大大减少，减轻运行维护人员的工作量；由于绝缘的系统的光纤信号传输回路，所以没有接地，减少了变电站检查接地的工作量。
五、数字化变电站未来的发展
电力系统通过sas技术的应用，不仅提高了电网运行的安全性、稳定性，而且还大大减少了系统的维护和检修费用，具有十分明显的经济价值。由于变电站是整个电力系统最基本信息源，所以它也是整个系统中数字化的基础。基于以上原因，数字化变电站应具备以下几项技术优点。
（1）过程层信息系统内部互相调用。在数字化变电站过程层的数据化的信息传输都是通过光纤完成的，所以过程层的信息可以实现系统内部互相调。
（2）数字化变电站通信网络技术有及时性、稳定性以及兼容性等优点。
（3）信息模型化和互操作。作为电力系统的信息源头，数字化变电站不仅要提供尽可能多的信息，而且这些信息应建立在统一的电力系统信息模型的基础之上。作为执行终端，实现各种协同功能是数字化变电站最基本的特征，这要求ied之间能够互操作。为了实现设备之间互相操作，变电站信息的标准化是基础。
（4）检测调试方法的变化。由于数字化变电站中的大多数自动化功能都以数据通信的方式实施，所以通信监测设备显得非常关键，不仅用于检查网络的联通性，而且对通信过程和传输信息进行监视，用来分析自动化功能的实施情况。
（5）广域自动化功能。数字化变电站的通信网络建设需求是互相兼容的，传输的信息有同一个标准同时必须能够相互共享，这样才能达到电网与变电站之间协同配合的目的。
六、总结
由于数字化变电站技术涉及到许多通信网络以及新设备的应用，所以从研发到实际应用将会是比较长期的过程。如iec61850标准体系、智能断路器、电子式互感器、网络通信技术等。由于各种新技术没有经过一定时期的实践检验，所以在现场应用的稳定性需要结合工程实际逐步完善。
电气和自动化论文范文3
论文摘要：从办学思路、教材设置、师资结构等方面讨论了目前高校建筑环境与设备工程专业中出现的问题和应改革的内容;结合中南大学建筑环境与设备工程专业教学实践，提出了明确办学思路、强调专业特色、加强实践环节等方面的专业教学体系改革的思路。
科学技术是第一生产力，是推动社会进步的巨大动力。人是从事科学技术的主体，因此当今社会的竞争就是人才的竞争。而人才核心竞争力的培养，主要来源于大学教育。为了适应社会的发展，教育部在上世纪末对大学很多专业都进行了调整，包括建筑环境与设备专业。建筑环境与设备工程专业是根据教育部1998年颁布的全国普通高等学校本科专业目录，将“供热通风与空调工程”和“燃气工程”两专业合并，调整、拓宽组建而成的新专业[1]。该专业以培养从事工业与民用建筑室内环境及建筑设备、公共设施、建筑热能供应系统的设计和建筑自动化与能源管理工作的人才为目标。这次调整，不是简单的合并，而是产生了一个面向21世纪新的专业学科。近年来，该专业如雨后春笋般在全国范围91所各类众多高校中涌现出来，问题也随之凸现。笔者认为有必要进行深入的、切实可行的教学改革。
一、主要凸现的问题
(一)办学思路不清晰
虽然很多学校秉承了“厚基础、宽口径”的办学思想，在教学内容上增加了建筑环境、建筑热能供应以及建筑自动化等方面的知识，并把建筑环境学列为了专业的平台，搭建了新的本科专业的框架体系。但是“厚而宽”不是“大而全”。知识口径的拓宽不是各种知识的堆积和罗列。专业的办学首先要服从于所在大学的办学思路，即学校的定位。一般院校和重点院校不同，创新型大学与研究型大学和综合型大学也不同。如果全国九十一所建筑环境与设备专业的教学体系都参照某一两个名牌大学的教学体系，那么这样的后果是显而易见的:一，专业建设没有或者散失了原有专业的特色;二，专业培养出来的人才也没有特色。
(二)教材建设的质量不容乐观
目前围绕建筑环境与设备专业的教材种类繁多，质量参差不一。教材是教学内容的具体体现，教学体系中的教材应该具有知识的系统性、延续性和完整性。而不是各个知识块之间简单的粘贴或移动的关系。以《暖通空调》为例，集结了原来供热、供燃气及通风空调工程专业的主要专业课:《空气调节》、《工业通风》以及《供热工程》的主要内容。剔出了三门课管网输配的交叉部分，而另设了一门课:《流体输配管网》。但就这两门课程的教材来看，共同的缺点是把原来空调、通风和供热三门课的三个系统简单地归类总结，系统总结有余，阐述不足。使得在具体教学过程中，出现老师觉得不好讲，学生不易接受的情况。
(三)配套的师资队伍结构有待改善
由于建筑环境与设备专业由原来的暖通空调专业或燃气专业演变而来，因此师资基本上是暖通空调或燃气专业的。但是专业的领域已经扩充到建筑室内环境、建筑设备、公用设备和智能建筑等方面。专业的内涵已经由原来的设备或系统扩充到既包括设备、系统，也包括智能建筑。其中的弱势部分是智能建筑。因为智能建筑技术也是一门交叉学科，而大部分搞自动控制的人才是自动化专业、电气工程及其自动化专业或计算机专业的人员。对智能建筑、智能化系统及设备缺乏全面的了解和掌握，缺乏建筑结构、建筑设备、供热空调等方面的专业知识和理解。另一方面，搞设备的人才又缺少对建筑自动化、BAS功能科学要求的理解，缺少有效的上层控制管理逻辑与算法。两方面人才又缺少“接口”，从而制约了智能建筑技术的发展[2]。因此合理搭配师资，在教学安排方面与其它专业知识交叉融合，才能培养出新时代的建筑环境与设备复合型人才。
二、改革的内容
(一)明确办学思路，办出专业特色[3]
明确办学思路是确定专业人才培养目标和教学体系的前提和基础。是以科研人才为主，还是以工程技术人员为主，不仅与专业本身的内涵有关，更重要的是与专业所在大学的性质有关。这样才能形成专业建设和发展的良性竞争。办学思路还与专业特色有着密切联系。专业特色与专业在多年的建设发展过程中的教学和科研历史有关，如有的学校在暖通空调的系统工程方面是强项，而有的学校在制冷空调设备的研究与开发方面是强项。那么在培养人才方面，这些特色就应该很好的继承和发挥，在课程设置和训练中要体现出来。
(二)稳固基础知识，拓宽专业口径
建筑环境与设备专业是一门跨学科的工科专业，学生基础知识应包括数理方面、工程热物理方面、流体机械方面、建筑热物理方面和自动化控制的知识。只有牢固的基础知识， 学生才能深刻地理解专业课程，拓宽本专业的服务领域。当然，正如前面强调的，专业办学的前提是要继承和发扬本专业的特色。这些基础知识本身就是属于很多领域，要与专业在建设和发展过程中的特色结合起来，构造和稳固所必需的专业基础知识。
专业知识的拓宽，是构架新时代建筑环境与设备专业教学体系的重要部分。专业教学体系不仅仅局限于暖通空调，或是供热供燃气，或是把这两方面的课程全部笼统地包括进去，或是把建筑环境、公用设备和智能建筑方面的知识硬塞进去。在专业学时有限的条件下，很有可能会造成各种知识的七拼八凑。因此，要有侧重点地把某些方面作为原本专业特色的延伸和发展，切忌一口吃成一个胖子的思想，盲目地贪大。
(三)编制优秀的教材，配备合理的师资队伍
正如前面所说，由于原有专业教学体系架构的割断和组合，使得最近几年采用的教材在编制上都有这样或那样的问题，因此在教材的建设方面还必需投入更多的精力。而选用合适的优秀教材的基础正是现在的教学体系的完善，必需从根本上理解和制定本专业的教学体系和知识模块。
师资的知识结构要分布合理，除了保留原来专业特色的知识结构以外，还要补充新的知识，如智能建筑和建筑环境方面的知识结构。师资的梯队建设也很重要。教学梯队的形成有利于知识传授的传承和不断更新。每个专业知识模块，也就是我们所说的课群下面，形成以教授为龙头，教授副教授主讲，青年教师为重要组成的教学梯队。
三、我校建筑环境与设备专业教学体系改革的几点思路
中南大学建筑环境与设备工程专业主要源于长沙铁道学院的制冷空调学科。长沙铁道学院从上世纪70年代起，就开展了制冷空调及冷藏运输方面的研究工作， 1985年在机车车辆系成立制冷空调教研室，并开始招收制冷空调专业专科学生; 1989年开始招收供热通风与空调专业本科学生; 1998年根据教育部文件调整为建筑环境与设备专业。因此，在二十多年的建设中，形成了制冷与暖调、系统与设备并重的特色。我专业在调整后修订了教学计划，增加了供燃气、建筑环境和建筑自动化方面的知识模块，保留了原来的制冷方面的知识模块，包括有制冷原理、制冷压缩机和铁路车辆制冷、制冷装置自动化等课程。 转贴于
目前已拟定完2008级新的教学体系和教学计划，主要的思路有如下几点。
(一)明确办学思路，与学校的定位一致。
我专业隶属于以本科生、研究生教育为主的高层次综合性大学——中南大学，学校的定位是立足湖南，面向全国，放眼世界，努力建设国内一流、国际上有重要影响的高水平、综合性、研究型、创新型大学[4]。因此，我专业的办学思路是以创新素质教育为核心，坚持全面发展的人才培养标准，面向社会主义市场经济的人才需求，培养出具有实践能力、创新能力，既懂技术又懂管理的复合型人才。
(二)继承和发扬专业特色，整合知识架构。
充分利用能源知识的平台。从2008年开始本专业与同属能源科学与工程学院的热能专业进行能源与动力大类招生，使学生在低年级的时候的基础知识面广，起到“厚基础、宽口径”的作用。
继续保留专业的特色之一:制冷模块。从毕业生就业的反馈来看，用人单位对既懂制冷，又懂暖通，既了解系统，又了解设备的人才非常欢迎。
加强暖通和建筑环境的优势。把空调、供热、通风和建筑环境的节能、环保、热舒适与空气品质结合起来，也是当前时展的需求。
减弱供燃气和燃烧模块。从本系教师多年从事的科研工作来看，燃气和燃烧模块并没有形成特色，因此可以适当减少其份额，作为选修课程开设。
加强智能建筑模块。智能建筑是楼宇发展的重要方向。本系在制冷和空调系统的自动化控制方面有着多年的研究和实 践经验。可以在此基础上进一步扩充相关领域的知识内容。
(四)加强实践环节，培养创新人才
实践环节包括实习、课程设计和毕业设计。实践环节应受到更多的重视。既保证实践环节的“量”，又要保证实践环节的“质”。即:实践环节的课时量必需严格保证，同时要求学生在实践环节动手、动脑，培养其综合运用所学知识和创新能力。
毕业设计从选题开始抓起，选题来源于教师的科研课题或工程实际，具有很强的实际意义和理论研究价值，有利于培养学生的综合能力。
严格把握好实践环节的考核。本系在近两年所有的专业实践环节考核中都涵盖有答辩部分的考核，既锻炼了学生的胆量、自信和表达能力，又能很客观地反映实际的情况。
参考文献
[1]肖勇全，李岱森.建筑环境与设备工程专业[J].高等建筑教育，2002， (2).
[2]刘春蕾，赵三元，海.智能建筑相关专业课程体系建设研究[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版)， 2004， (4).
电气和自动化论文范文4
关键词：高压设备；检修；抽空；路径
一、利用系统设置的反向工作对高压系统抽空
1.系统原理和抽空路径
系统原理：冷凝器、贮液器等->压缩机排气管->反向工作阀（1）->压缩机吸气阀->压缩机排气阀->反向工作阀（2）->压缩机吸气管->一15低压循环桶->低压气体调节站->蒸发器。
2.特点及适用场合
（1）停止库房降温。
（2）严重影响库内商品质量。将大量高压高温气体排往低压系统，导致蒸发压力和库房温度迅速上升，排管化霜滴水。
（3）造成管道和设备焊接部位脆裂。因低压管道和设备长期处于低温状态，受温度剧烈变化的影响。
（4）能量损失大。反向工作时间过长，耗电大，不经济。
（5）恢复正常工作时，压缩机启动困难。反向工作后，低压系统压力过高。
鉴于以上原因，该方法仅在没有其它可行方法时采用，最大限度的减少氨的泄放量，以减轻对水源或空气造成的危害。
必须指出：反向工作对于新建冷库制冷系统的设备管道进行试验和抽空补焊，是十分有用的。
二、冷库日常维护保养
保温部分：
1.冷库及制冷设备新安装完毕或长期停用后，再次使用，应进行全面的检测调试，在一切指标正常的情况下，由专业的制冷技术人员指导放可启动使用。
2.保温保护：注意使用中应注意硬物对冷库体及外体的碰撞和刮划。因为可以造成凹陷和锈蚀，严重的会造成局部保温性能降低。
3.密封保护：由于装配式冷库是由若干块保温板拼而成，因此板之间存在一定的缝隙，施工中这些缝隙会用密封胶密封，防止空气和水分进入。所以在使用中对一些密封失效的部位及时修补。要坚决杜绝逃冷现象出现。
4.地面保护：一般小型装配式冷库的地使用保温板，使用冷库时应防止地面存有大量的冰和水，如果有冰，清理时切不可使用硬物敲打，损坏地面。
三、制冷系统的日常作维护和保养
1.初期运转机组：要经常观察压缩机的油面及回油情况及油的清洁度，发现油脏或油面下降要及时解决，以免造成不良。
2.对于机组：要经常清扫风冷器使其保持良好的换热状态。检查电机、风扇是否转动灵活，如有阻滞现象则应加注油；如有异常磨擦声则应更换同型号规格的轴承清洁风机风叶、盘管、积水盘上的污物。对于冷风机组要经常检查冷凝器，出现结垢问题，要及时清除水垢。
3.对于蒸发器：要经常检查除霜情况，除霜是否及时有效，会影响制冷效果，导致制冷系统回液。
4.经常观察压缩机运行状态；检查其排气温度，在换季运行时，要特别注意系统的运行状态，及时调整系统供液量和冷凝温。
5.仔细倾听压缩机，冷凝器风机运转声音，发现异常及时处理，同时检查压缩机、排气管及地脚的振动情况。检查压缩机是否有异常的气味
6.对压缩机的维护；初期系统内部清洁度较差，在运行30天后要更换一次冷冻油，对于清洁度较高的系统，在运行半年之后再彻底更换一次（要根据实际情况而定）。压缩机维修保养：制冷技工每年对压缩机进行一次检测、保养。检查压缩机油位、油色。如油位低于观察镜的1/2位置，则应查明漏油原因并排除故障后再充注油；如油已变色则应彻底更换油。检查制冷系统内是否存在空气，如有则应排放空气：
a）压缩机电机绝缘电阻（正常0.5MΩ以上）；
b）压缩机运行电流（正常为额定值，三相基本平衡）；
c）压缩机油压；
d）压缩机外壳温度；
e）吸气压力；
7.电磁调节阀、压差调节阀维修保养：
a）干燥过滤器：检查干燥过滤器是否已脏堵或吸潮，如是则更换同规格的干燥过滤器；
b）电磁调节阀、压差调节阀：
――通断电检查电磁调节阀、压差调节阀是否动作可靠，如有问题则更换同规格电磁调节阀，压差调节阀；
四、整个制冷系统配备了完善可靠的电气控制系统
在能满足设计要求同时又能实现控制更先进更智能，系统运行更经济的前提下提出以下控制方案：冷藏库主控采用两套由可编程逻辑控制器配合人机界面组成的集中显示、集中控制系统（TCS系统）以下简称DCS系统。系统功能如下；
1.系统变量显示
该系统能将系统实时变量以数码或者中文形式显示在画面上，如每个库内温度、每个管排温度显示到屏幕上去，不但能显示数码而且还能显示动态棒图和动态表，让重要的变量显示更清晰更直观。
2.系统工作参数显示
所谓系统工作参数就是系统工作在用户要求范围所需的参数，TCS能将所有需要设置的工作参数集中显示到一副或几副画面上，这样操作员可以以最快速度观察到需要及时更正的数据，以免因为数据没能及时更正造成生产延误。
3.系统状态显示
DCS不但能将系统工作参数、系统变量显示出来而且还能将系统硬件的状态以三维指示灯表示出来，如当一号压缩机工作时，它所对应的三维指示灯就在屏幕上动起来，这样整个屏幕就被点缀的形象生动，尽将自动化的“柔性化”表达的淋漓尽致！
4.实时事件登陆
当系统硬件或软件出现异常情况的时候，操作屏幕会将异常情况以中文形式显示到事件画面当中，如果事件为故障事件时，系统会发出警报声并将发生故障的硬件停下来，同时给出提示信息，提示操作员应该检查哪个地方就能排除此故障，给检修带来极大方便。
5.密码功能
在系统画面中加入密码功能后可以有效的将一些重要的画面保护起来，分成若干个安全等级，这样掌握低安全等级画面的操作员就不能访问安全等级高的画面（既不会造成操作越轨），而掌握高安全等级画面的操作员既能访问高安全等级画面又能访问底安全等级画面，掌握这些等级画面的操作员一般为工程师或车间主任。
6.通讯功能
当仅仅是在机房操作控制系统不能满足控制要求时，就可以采用联结上位机来构成树形或托普网络实现集中远程控制，而此时可以通过将PLC通讯口添加一个集线器，上位机连一个通讯口文本显示器一个口等方式来组成网络系统，这样一切先进的控制需求均可轻松实现。
每个冷库单独控温，图形界面显示，操作简便；自动控制制冷系统冷风机、电磁阀的运行；可根据用户需求独立设定各库温度；自动、手动定时冲霜，依时间和温度退出充霜；供液电磁阀延时打开，冲霜后有排水时间设定，冷风机延时工作不会把冲霜后冷风机上的水珠吹到库内，这种设计非常科学先进。
电气和自动化论文范文5
关键词：城市路灯 GPRS无线通讯 智能监控系统
中图分类号：U672.7+4文献标识码：A
一、引言
路灯对于城市发展的作用不容忽视，城市路灯的建设和管理不但关系到社会的安定和经济的繁荣，而且也影响着市容市貌，作为实用工具和景观工程，城市路灯的照明建设日益受到政府和各界的关注。这项基础设施建设代表着一座城市的现代化水平、经济实力、乃至人文特色，而它工作难度大、技术含量高的特性也给城市的建设者们带来考验，城市路灯照明是人们日常生活中不可缺少的公共基础设施，在全国各地供电紧张的情况下，关闭景观灯、调节路灯的开关时间等应急节电措施在广泛应用，一般只在用电高峰间启用，看似有效的措施却却见效甚微，一方面节约资源有限，另一方面又给人们的日常生活带来负面影响，而要想真正做到少浪费，多节约，只有实施路灯的智能化管理，才能使我们的每一度电都能物尽其用！真正做到符合城市现代化发展的需要，百姓安居便民出行、路灯照明管理有效控制。
二、国内及本地城市路灯照明系统的现状问题分析
1.国内城市路灯照明系统的现状问题
根据相关权威数字统计发现，目前我国城市路灯约有1亿盏，安装功率达2.5万千瓦，照明一年的耗电量就达590亿千瓦时。另据住房和城乡建设部的《关于2010年城市照明节能工作专项监督检查情况的通报》显示，在2005年至2010年期间，我国多数城市道路照明单位功率耗电量正在逐年发生变化，以每年3%的速度下降，截至通报之日起已累计节电14.6%，其中，日照、柳州、遵义等城市节电收效较为明显，甚至达到了25%。
可见，城市照明领域具有相当大的节能潜力，其他城市也有潜在上升空间。但如何挖掘这一潜力并找到切实有效可行的途径，成为城市节能工作的重中之重。出现这一困难的根本原因在于受城市规划刚性、新型节能设施生产技术不成熟和照明规模、更换成本较高等三大问题的制约，国内城市路灯照明系统中普遍存在的管理落后、技术欠发达等因素是导致电量浪费的症结所在，面对消耗日益严重的电力资源高能耗、高电费，路灯设施设备陈旧、灯具用量大、损耗大及照明盲点多、维修不及时等普遍现象来说，改善并解决这一现状成为社会的突出问题之一。
2.本地城市路灯照明系统的现状问题分析
在实地调查和多年工作经验的总结中我们发现，连云港地区的城市路灯照明系统主要延续采用传统的有限通讯管理模式，经常给监管者和维护者的工作都带来极大困扰，主要存在如下几个方面的问题：
⑴路灯供电线路长，线损过大直接导致能耗过多，不但浪费资源，而且造成了过多的成本支出，同时给后期的维护更换增加了成本；
⑵路灯设备分散，管理人员少，管理困难，人力控制开关每天的耗时太大，在季节变换中，每个控制点的开关灯的调节周期频率更高，尤其在城镇化水平不断提高，城市范围不断扩大，路灯照明设施区域不断增多的现状下，工作范围的不断扩大给有限的人力管理带来极大挑战；
⑶多采用较为普通的简易时控器控制方案；会出现管理和故障发现滞缓的情况，不能及时发现并掌握各路口路段的照明情况，信息不能反馈，更不能实时控制，很难达到对不同路段、不同时间和不同灯型的有效控制和管理，导致资源配置不够合理；
⑷传统的有限通讯管理模式，导致在巡检过程中的耗时较长，无形中增大了工作人员的工作量大，效率低，成本高的矛盾对比明显；
三、GPRS在路灯远程监控系统中的应用特点
1.让管理无盲点死区
GPRS无线通讯监控系统的应用，主要是在路灯控制系统的线路终端配置了GPRS传输模块，并根据不同路况及管理要求进行差异化的模块衔接，让监控者能够随时掌握和监控路灯照明和故障状况，让管理无盲点死区，遇到故障能够及时发现尽快处理，大大提高了工作效率。
2. 灵活且时效性强
GPRS的模块安装非常灵活，上面提到而已在原有线路上铺设，但并不意味着要按部就班，它可以在每一个路口安装，也可以由一个GPRS模块同时监控多个路口，随意性很强，能够满足使用者的多种要求，方便统筹管理。
而且它具有实时在线功能， 能时刻监控各路段的照明情况，尤其在出现人力等不可抗因素时，如恶劣天气等，可提早或者进行系统预置，在遇到突发状况时，快速对路灯控制智能终端采集的数据进行分析，及时采取措施并制定有效方案，避免因城市路灯照明系统的不完善造成重大交通事故的隐患发生。
3简单方便省时省力
该应用无需铺设新的线路，只需要在原有的线路上增加GPRS端口功能，就可以将监控数据通过专线传输到指定位置，并通过无线通讯的网络模式来接受远程监控智能系统管理者的相应指令。更主要的是，在这种现代化的无线通信管理模式下，有利于利于城市路灯照明系统的差异化的针对性管理，起到事半功倍的作用。
四、GPRS无限通讯远程监控智能系统的应用效益
1.经济效益
能够有效的节省成本。不再需要铺设有限通讯的专线，因此安装更加简单方便，施工效率也会大幅提高；加上每个箱变只需要一个GPRS收发器，能更好的节约GPRS流量。只需要通过现有的电力线架设通讯控制网络，在有效的节约人力物力的同时；更能够保证通讯的顺畅，即便天气和地形状况不佳，该远程监控智能系统也不会受到任何影响，始终保持顺畅自然。
此外，它对光亮的感应和开关的自动调节功能对延长灯具的有效寿命起到了良好保证，在减少灯具更换次数的同时，也有效的节约了资源，减少有害气体的排放污染。通过对半夜光亮度的远程灵活设置，大大的减少了对有限电力资源的浪费。
2. 管理效益
每天可进行自动通、断电操作；可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电；可对用电设备进行分区、分线路管理。通过微机、集中器设置，防止非授权人操作，确保断路器安全可靠。依据用电情况，可判断无人值守的用电设备运行情况。所有运行参数（自动通断电时间，区域划分）可在管理终端随时设置，随时启用，方便管理。
3. 社会效益
除了具备以上特性外，这种远程监控智能系统还具有良好的社会效益，便民功能得以彰显，它能够根据天气情况和实际光的亮度来自动调整开关和亮度，智能化管理比人的管理更灵活，它会在天气不好的时候自动快速的启动开关，反之光照过强的时候则会自动关闭，对于安装在桥下或隧道的路灯，则会根据实际的监测来自动以最佳的亮度打开路灯，这种智能型的人性化照明管理方式能大大提升公众的满意度，提高民众的城市生活幸福感。
五、结束语
总之，城市照明节能还有很长的路要走，不能只追求城市建筑规模和打造景观城市而盲目增加照明亮度。采用先进的高科技路灯照明远程监控管理系统来节能减排刻不容缓，尤其从技术层面上来说，完善的城市照明控制系统是城市照明节能的关键。除了这里提到的GPRS无线通讯管理方式外，GSM的无线透明传输终端等多元化应用及选择绿色节能的照明产品，都是快速持久节能的有效措施，尤其在国家乃至全球对于节能减排的要求都在不断加强，路灯照明系统的智能化和管理的科学化刚好符合这一时展趋势的政策要求，也将是城市路灯建设发展的必然方向。应得到城市建设者们重视。
参考文献
【1】胡润生;城市路灯远程监控系统的研究[D];武汉理工大学;2007年
【2】杨以凤;;GPRS及其应用[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集（工科卷）[C];2005年
电气和自动化论文范文6
集成化建筑设计系统(IntegratedBuildingDesignSystem,IBDS)是当今计算机辅助建筑设计领域的一个十分活跃的课题。近年来，IBDS有较大发展，并逐渐引起学术界和工业界的重视。本文分析IBDS的背景，介绍IBDS的概念，讨论IBDS的相关技术，最后综述IBDS的状况。
关键词：建筑计算机辅助设计暖通空调集成化建筑系统产品数据交换标准
Abstract
Beinganactivetopicinthefieldofcomputeraidedbuildingdesign,IBDS(IntegratedBuildingDesignSystem)hasmadegreatprogressandattractedmoreandmoreattentionofacademicandindustrialcirclestheseyears.ThispaperintroducesthebackgroundandtheconceptofIBDS,discussesandreviewsitsrelatedtechnologyanddevelopment.
Keywords：buildingCADHVACIBDSSTEP
1前言
随着计算机辅助设计技术的发展普及，近年来，国内外在计算机建筑设计包括模拟计算、图纸绘制和资料管理等方面的研究和开发有了较大进展，同时也暴露出一系列问题。由于社会发展对建筑设计的效率和质量要求的不断提高，近十年来逐渐提出（集成化建筑设计系统）（IBDS）的概念，世界各国相应投入大量人力和财力从事此方面的研究开发工作，并开始产生一些中应用于实践的成果。本文综述IBDS的研究和发展状况。
2提出IBDS的背景
集成化建筑设计系统的由来出于如下四方面原因：
2．1模拟分析软件的可应用性
从70年代初起，采用模拟分析方法计算建筑物结构负荷、预测建筑物热环境特性、分析供热空调系统工作状态等方面的研究开发工作已广泛开展，到目前似乎已相当成熟。但这些模拟分析方法在实际设计中应用的却很少。据近年在北美、西欧[1～3]的调查，建筑设计中使用计算机做计算的在50%以上，但所用软件多数是根据设计手册上的比较粗略的算法编制而成的，其功能仅代替手算，在一定程序上提高了设计效率，但并不能提高设计质量。在设计中真正使用模拟分析软件的不足20%。对一些设计公司的调查表明，虽然他们购买了一些大型模拟分析软件，但往往不是为了在设计中使用，而是为了向客户显示实力，争取市场。
20多年来模拟分析方法的研究与相应软件的开发表明，模拟分析软件的应用对建筑设计是很重要的[4]，它们可以准确预测系统特性，从而提高系统性能，降低运行能耗。但是为什么很难付诸实际应用？调查结果表明，除商业性原因外，尚有如下技术原因：
①使用困难。为做一次模拟分析，需准备和输入大量的数，这是一件枯燥而耗时的工作。在设计过程中要分析不同的问题，往往需要使用不同软件，这些软件间尽管所需要的数据有许多是相同的，但所要求的格式不同，又要重复输入。为了得到一点结果，人要围着机器转，设计人员不到万不得已时，不会这样做。
②结果不可信。曾请三十余名自认为有模拟分析经验的工程师对同一建筑用同一程序做能耗分析，所得结果的最大与最小差别竟在一倍以上[5]，类似的实验曾做过多次，结果均是同样的现象发生[6]。由此使人产生怀疑，甚至得出悲观的想法[7]。究其原因，发现模拟分析是一完整过程，要获得正确的答案，不仅与所用软件有关，还与使用软件的全过程有重要关系[8]。一座建筑物很复杂，只能选其一部分并在简化后做模拟分析，而不同的选择与不同的简化，结果就会相差很大。模拟软件一般都要求输入许多设计人员很难确定的系数，如房间换气次数、窗帘遮阳系数、室内发热量等，这些系数的取值很不同，导致结果偏差很大。再就是初始条件和边界条件的选取也存在很大影响。面对一个软件，设计人员很难对这些选择做出正确的决策，而不同的决策又有结果大相径庭。由此，当模拟计算结果与经验估计出的结果或手册法结果相差悬殊时，该信哪一个？设计人员最终又选择了经验数据或手册法。当计算模型越复杂时，要求输入的数据就越多，输入数据的不确定度也就越大，从而导致结果的不确定度越大。
③特殊问题不能解。当被分析系统复杂或特殊时，由于计算软件的通用性不够，往往又不能分析计算。例如采用蓄冷水池的空调系统或蓄冰系统，一般常见的分析软件就无能为力。即使简单地对系统做模拟分析，要根据软件中所确定的设备模型形式去输入设备性能参数，如果设备厂家提供的性能参数的形式与软件中的设备模型不同，用户就无所适从。
结果是："凭经验能估计出的结果，计算机大概也能算出，可是还要输入大量数据，结果也不一定比估出的可靠。碰见新东西估算不了，计算机也算不了。这样，要计算机何用？"这大概是模拟分析技术不能在建筑设计中广泛应用的主要原因。
2．2CAD技术的迫切要求
尽管模拟分析技术迟迟不能广泛应用，计算机辅助设计（CAD）技术却后来居上，在近十年内飞速发展起来。目前在欧美发达国家，建筑、空调系统设计使用计算机绘图已在70%以上。据报导国内设计院中计算机绘图也占到50%以上。这是由于CAD技术顺乎潮流，提高劳动生产率，直接产生经济效益。
然而，随之而来的问题就是：如何将计算机绘图与计算机分析计算相结合？CAD应用是利用计算机辅助完成包括资料检索（查样本、手册、工程图纸等）、设计计算、图纸绘制等在内的设计全过程，而不是仅作为一个绘图工具。
计算机图形输入与处理技术很快就使人们认识到，它不应仅是为了绘图而输入图形，而是用户向计算机输入所要研究的系统的最理想的手段。根据所输入的图形获取系统信息，从而进行分析计算，可以在很大程度上解决上述数据输入困难，准备数据工作量大的问题。目前已有很成功的软件用于建筑学设计中，代替以往的建筑模型，通过CAD技术可以从各个角度向人们显示建筑物的外部及内部的视觉形象。结构设计亦已可以从图形输入开始，直接进行各种力学计算。国内近几年已开发出供暖设计CAD软件，可直接在建筑图的基础上索取建筑物信息，做简单的供暖负荷计算，然后自动完成热水供暖设计计算，并得到管网设计图纸及材料表，这些都是极好的尝试。CAD技术的推广，使设计部门已在很大程度上具备了必要的硬件和软件条件。随之而来的最迫切的问题就是：如何充分利用这些硬件和软件资源，如何充分利用已通过CAD输入到计算机中的设计图形信息，与现有的模拟分析技术相结合，真正解决建筑设计中的问题，提高设计质量呢？
2．3信息处理技术发展的需要
计算机技术发展的重要之一就是信息处理技术。这主要表现在两方面：一是数据存储技术，二是数据传输技术
近十年来，数据存储媒介从几百kB的软盘，发展到目前已初露头角的存储量为上千MB，而大小相当于一张普通软盘的光盘。目前已有操作读光盘，每张成本（不包括信息价值）仅一两美元，便可储存泰晤士报全年几万个版面的全部内容。预计在本世纪内可读写光盘也将以很低价格出现。这样，大量的产品样本、设计手册、设计规范等资料，就应该以光盘或其他电子方式储存，并以各种极方便的方式检索、查询。
但是，这些以电子形式储存的资料和信息不应仅像书本手册那样供查询用。我们在设计、绘图、计算中使用这些样本、手册中的数字和规则的真正的意义在于，这些存储的信息能够被计算机"理解"和直接使用。例如，做一台表冷器的选择计算时，如果计算机能从光盘上检索到有关表冷器的资料，直接取出有关数据，而不是由使用者读出再重新输入，计算机就有可能对储存于光盘内所有有关的表冷器做一遍分析计算，找到最适宜的型号。这样，将使设计与模拟分析过程产生质的飞跃。但是，怎样才能使所存储的信息被计算机"理解"和真正使用？如果仅是以书本上的形式储存，计算机就不可能理解。必须采用一种数据结构去存储这些信息，信息的产生来源于各处，例如各设备厂家或标准制定单位。产生出的数据库也要被各种计算机分析软件查找和使用。信息被利用的次数越多，花费同样成本输入此信息所产生的效益就越高，因此制定标准的通用数据结构就成为非常重要的事。
数据传输技术的飞速发展所提出的也是数据标准化问题。目前世界各国都积极开展信息高速通讯基础的开发与建设。美国近年要在全国实现"信息高速公路"，这类系统的建成将使全球范围内任两点间的信息查询与传输如同打电话一样方便。这样，将来的设计图纸、技术要求、设备性能等技术文件将以EDI（电子数据交换）的方式传输，则这些信息被计算机接收后，能否被"理解"和直接使用也成为重要问题。可见，问题的关键仍在于数据结构标准化。
2．4CIM哲理
CIM的概念最初是由美国的JosephHarrington在1974年提出，1981年开始被广泛接受，并被认为是信息时代的工厂自动化模式。但从当今的应用情况看，CIM远远超出机器制造业的范围，它是一种组织、管理生产的哲理、思想和方法。CIM是一种综合自动化系统，它在新的管理模式与制造工艺的指导下，综合应用系统技术、信息技术、自动化技术，通过计算机及其支撑软件，把孤立的、局部的自动化技术，子系统及企业员工，灵活而有机地综合起来，构成一个完整的系统，对生产过程的物质流、管理过程的信息流、决策过程的决策流进行有效的管理与控制，以适应新的竞争模式下的市场对生产过程提出的高质量、高速度和高灵活性的要求。
设计院可以看成生产思想产品（各种设计文件和图纸）的部件，一个设计项目相当于一项订货，设计过程（加工过程）是由许多不同专业的人经过若干设计阶段通力合作完成的，需要各专业按计划有条不紊地互提资料，互相会签，最后由成品档案室验收、归档，并向甲方提交全套设计文件和图纸。其间各专业内部尚需分工和遵循严格的质量保证程序。建筑的招标、设计、施工、高度和运行管理的整个生命周期，完全可以借鉴CIM的思想方法，采用CIM的核心技术--集成技术，把建筑、结构、设备（暖通空调和给排水）、电气、室内设计和概预算等专业，集成于统一的计算机平台，充分共享有关数据和资源，解决建设各专业之间存在的"错、漏、碰、缺"等问题，真正实现建筑设计整个过程的全计算机化(无纸设计)。
3IBDS的概念
如上所述，设计院目前面临着拥有先进的计算机硬件和软件技术与实际上不能充分利用这些技术来产生效益的矛盾。问题主要在于各种应用软件的分散性，数据不通用，难以互换，以及对各种计算分析过程没有或无法自动给出正确的指导。为了解决这一问题，与飞速发展的计算机技术适应，集成化建筑设计系统IBDS的概念应运而生，并且在近十年内迅速发展。IBDS的核心就是将以往分散的各功能软件如绘图用CAD、计算模拟程序、数据库管理等结合在一起。通过通用的数据结构和数据转换工具，使这些功能软件能互用各自的各种资源，全面地完成设计、分析、计算任务。
IBDS应该提供建筑设计各专业工程师从方案选择、初步设计、分析计算到施工图绘制的全过程。人们希望有了设计人员的知识、经验及设想后，通过IBDS用计算机进行分析、计算、比较、判断等，不仅将方案形象地表现出来，而且将量化的结果输出，工程师再依据它去修改方案，重新设计。因此，IBDS必须采用开放性的体系结构，把设计院的"人和资料"集成在一起，具体表现在：
不同专业的数据模型的集成
建立各专业通用的标准化的中央建筑数据库。该数据库把建筑设计涉及的建筑、结构、设备、电气、室内设计和概预算等专业所用的数据模型统一起来，集成在一起，保证各专业所用建筑信息的一致性。建筑师画的建筑各层平面图、剖面图、立面图等，可以作为建筑底图，传给其它专业。其它专业的工程师可以在该建筑底图的基础上，对有关信息进行修改、重新定义以及添加专业的特定数据，然后进行各专业的有关设计计算。例如，设备专业工程师可以计算建筑物的空调供暖负荷，在建筑底图上布置空调供暖管道，进行水力、热力计算分析等；结构专业工程师可以进行各种受力构件的设计计算分析。一旦建筑师改变建筑物的平面、空间布置，会直接反映在各专业的建筑底图上，从而避免其它专业的"冤枉"劳动。
不同设计阶段所使用的模拟软件的集成
建筑设计在不同阶段需要用到性质不同，细致程度不同的模拟软件，IBDS应充分考虑建筑设计在方案选择、初步设计和施工图设计等不同阶段使用不同模拟软件对输入数据模型要求的一致性和相关性，尽量保证前一阶段的计算结果和数据可应用于后续阶段的设计计算，减少数据的重复输入和不一致性。
设计资源的集成
把建筑设计有关的设计手册、标准法规、工程图纸、设备产品手册等数据和资料以数据库、知识库等方式集成存储在计算机网络上，以便设计人员查询和使用。
可见，集成化的中央建筑数据库IDM是IBDS的核心。IBDS的体系结构如下图所示。各专业CAD系统通过IDM进行数据集成和通讯。
HBDS的体系结构示意图
IBDS的特点除了集成化、标准化和网络化之外，还有一个很重要的特点：智能化，即采用KBS（基于知识的系统）来组织和指导建筑设计过程中模拟软件的使用全过程，这样才能正确发挥计算工具的功能。1989年国外一些学者开始提出PAM（PerformanceAssessmentMethod）的概念[9]。PAM是解决模拟软件"结果不可信"问题的一个重要途径。PAM指出，要保证用程序做模拟分析能给出正确结果，必须正确指导和严格管理模拟分析这一全过程。这包括：
对所分析的对象进行正确的简化。例如，从多层多房间的建筑中取出有代表性的一部分做分析计算，复杂水网的简化；
对每个物理过程选取正确的物理模型来近似。例如一空调设备，采用动态模型还是静态模型？集总参数还是分布参数？是否考虑墙内表面长波辐射？对流换热系数取常数还是作为温度及风速的函数？透过窗的太阳辐射在各内表面的分析：
一些不确定的输入参数的选取，如房间换气次数，人员设备必热量，气象参数的确定，窗的开闭，遮阳等；
系统控制的确定。例如应按照房间为定温去计算热量还是计算定热量下的温度或其它某处控制下的温度和热量变化？如何考虑空调系统的控制和人的操作调整？
模拟计算过程的控制。例如初始影响的消除，计算时间步长，边界输入参数的离散方法，总的模拟计算段的长度与时间的确定等；
输出结果的处理。如何根据模拟计算结果对所研究的问题作出结论。
以上诸条的正确条件并非固定，而是与所研究的对象的性质及所要解决的问题有关。例如为计算冬季供暖负荷，可以用稳定的KFΔt模型，而要计算夏季空调负荷，就要使用动态模型。再例如验证建筑物表面结露的可能性时，需考虑全部外墙的传热；而论证是否要装社会空调，夏季房间是否过热则需取可能是最热的一间或几间朝西或朝南的房间进行计算。目前可以列举出十几种不同的对建筑和空调系统进行模拟分析的目的，对于每一目的，上述各问题的恰当选择都可能不同。
所有这些问题，落实为具体的模拟计算过程，就成为如下四个问题：
①模拟计算程序的选取
②实际建筑和空调系统的再加工（简化）
③输入数据的确定和输入文件的生成
④模拟计算结果的后处理
国际能源组织（IEA）组织十余个国家合作，就各种不同的目的和使用不同程序如何进行上述第②③④步工作进行了研究，形成了一大批PAM手册。实验结果表明，让程序使用者按照这些手册去一步步做，可显著提高模拟计算工作的正确性和结果的可信赖性[10]。
将这类手册转换为计算机可以理解的形式作为知识库存储于集成化环境中，再开发出可按照这些知识自动进行数据分析加工的专家系统，就可以使这一使用过程自动完成，只要使用者提出要解决的问题，专家系统即可能选取适宜的程序，生成相应的数据文件，运行模拟分析程序，最终向使用者显示由结果分析得出的结论。
与传统的CAD软件相比，IBDS不再是以计算程序为中心，使用者围绕着计算程序准备数据，运行程序，检查结果。集成化环境使使用者成为中心，将各种绘图、计算、数据资料准备好，随时供使用者在设计分析中使用。使用者可以充分发挥自己的分析和创造能力，利用CAD系统去设计、分析各种系统，而将一切重复和琐碎的工作交给计算机去完成。集成化设计环境的指导思想就是，使用者应是计算机的主人，而不是奴隶；计算机的应用应最大范围地开发人的创造力，为人提供进行创造性思维的场所，而不是把人变为机械式工具。
4实施IBDS技术
4．1革新CIM（集成）技术
正象计算机集成制造系统CIMS一样，集成也是IBDS的信心技术。IBDS系统采用STEP标准化的建筑数据库，把建筑设计各专业的数据模型集成起来，把设计的不同阶段集成起来，把各种设计用的模拟软件集成起来，把各种信息资源集成起来。总之，IBDS依赖集成技术把建筑设计院的两大法宝"人和资料"有机地统一起来，保证设计过程中信息共享和传输的计算机化。
4．2STEP（产品数据交换标准）技术
STEP（StandardfortheExchangeofProductModelData）是国际标准化组织ISOTC184正在制订的标准ISOCD10303。STEP采用一种中性文件机制，是CAD/CAM数据交换的标准[11]。它规定了产品设计、开发、制造以至于产品全部生命周期中，包括产品形状，解析模型、材料加工方法、组装分解顺序、管理数据等方面的必要信息定义和数据交换的外部描述。现在普遍认为STEP将成为全世界公认的唯一CAD数据交换标准。
STEP包括两部分内容，一是数据模型的定义，它采用EXPRESS数据定义语言来写成。这种语言可以准确定义所描述对象的数据模型，小到单个简单的汽车零件，大到一档复杂的建筑物。STEP的另一部分就是具体的数据文件的表述方式，它是由任意词条构成，每一条的形成都遵守数据模型中的定义。这样，只要理解了数据模型，就能读懂根据此数据模型按照STEP方式写出的任何数据文件。如果制定出统一的数据模型，使大家都按照这一模型去描绘所研究的对象，所生成的数据文件就很容易交换，通过一些转换工具可以很容易地将其转换为各种软件内部特定的数据文件。
由于STEP在描述数据模型和易于交换数据方面的突出优点，它很快被工业界和标准化组织采用，作为定义数据标准的工具和交换数据的方法。集成化的建筑工程数据库应该采用STEP技术，把各专业的图纸、数据库、产品设备等标准化，以便不同CAD系统之间、不同专业之间、不同模拟软件之间、设计院与甲方和厂家之间，能够自由而方便地相互传递和交换信息。
STEP标准化是IBDS集成化的前提和保证，它可以避免CAD计算分析软件开发方面的大量重复性劳动，与此数据标准兼容的软件均可以交换使用，从而使各部门有可能分工协作，共同开发我国的集成化环境。IBDS的每一块功能软件均可以独立在市场上出售，被其它符合此标准的软件所使用，这将使软件研制开发者直接受益。
4．3AI（人工智能）技术
目前的CAD系统已能较成功地应用于绘图和设计计算，但用于方案设计的却很少。其实方案设计在很大程度上决定了投标的快速反应能力。IBDS系统采用AI技术，把工程师的设计经验、规则、思维活动等模糊、随机、不完备的知识，通过一定的结构来组织和表达，让计算机能够理解、推理和判断，辅助工程师进行方案选择。AI技术中比较成熟的是专家系统，特别是DSS（决策支持系统）。可见IBDS的智能性体现在各专业设计型专家系统应用的好坏。
4．4计算机网络技术
IBDS的实施应以计算机网络为物质基础，特别是基于光纤和卫星的全球范围的快速ISDN网络。通过计算机网络可以共享建筑设计的有关数据库、知识库等软件资源和打印机、绘图仪等硬件资源，传输有关设计资料和文档，允许位于不同地点的设计工程师同时参与一个建筑的设计。同时还可使设备生产厂家能将产品信息直接提供给CAD系统。
4．5HCI（人机交互）技术
HCI技术在计算机的应用发展中越来越受到人们的重视。人擅长于用形象思维、回忆联想、发明和创造等对客观世界中的不确定、不完备甚至矛盾的事物和知识进行推理、分析、判断和理解。计算机则擅长于确定性、重复性、机械性的数据处理。在IBDS中，应充分发挥人和计算机的各自优点，把繁琐和费时的数值性的设计计算交给计算机完成，让工程师有充分的时间做方案选择等关键的决策工作。友好的用户界面和人机交互方式才能让建筑设计工程师喜欢IBDS，在实际设计中自觉使用它。
4．6计算可视化技术
可视化技术从80年展起来，已被广泛应用于CFD等科学计算领域。科学计算的核心问题是计算模型，包括其理论框架、基本概念、几何描述、计算方法和过程等。在建筑设计过程中需要做许多计算，如何采用图形、图象、动画等方式，在计算开始时准备数据，计算过程中以某种直观形象的方式表现，计算完成后以容易理解和使用的形式表达结果，等等，都是视算一体化要解决的问题。眼睛是人类接受信息的最佳器官，只有把各种模拟软件的使用过程可视化，让用户用眼睛去看、理解和判断，而不是"两眼一摸黑"地撞运气，才能反模拟软件用对、用好，真正发挥它们的用处。
4．7分布式数据库（知识库）技术
分布式的数据库采用计算机网络上的不同计算机存储建筑设计有关的设计手册、标准法规、工程图纸、设备产品手册等数据和资料、使设计院、管理单位、厂家、甲方等建筑业有关单位的人员可以共享信息，提高信息利用的效率。
4．8OO（面向对象）技术
OO技术是现代软件工程技术的关键所在，它可以使对现实世界的描述更接近客观自然，是IBDS系统的保证之一。OO中的抽象、封装、继承等机制可对复杂系统进行简化、分解和解耦，有助于复杂系统的描述。OO已被广泛地应用于上述的MIS、HCI、CIM、可视化、数据库、AI等领域。以OO为基础的C++语言是开发IBDS的良好工具。
4．9多媒体技术
多媒体技术就是用图形、图象、动画、声音、文字等人类容易理解和接受的方式存储各种信息。多媒体技术在IBDS中的应用将是必不可少的。
4．10协同工程技术
协同工程是一种系统化的方法，用来支持建筑设计的集成化的协同作业，也就是不同专业或同专业的不同工程师同时进行设计。如建筑底图由不同的建筑师分工画不同的部分，在计算机里实际是在同一图形上加工，完成后的图纸传送设备、结构、电气等专业这样不仅可以避免工程师重画图纸，而且当某一工程师改变图纸时，能自动及时反映到其它专业的系统图上，从而解决不同专业之间的"打架"问题，方便互提资料、会签等。
除以上讨论的几种技术外，还有许多现代科学技术可应用IBDS中，如MIS（管理信息系统）技术、TQC（全面质量控制）技术[12]等。合理运用所有这些技术才能充分发挥IBDS的功能保证IBDS成功。
5IBDS的现状和展望
IBDS的概念是在约10年前提出的[13]，而真正开始组织开发则是最近6～8年间的事。但IBDS的发展却异常引人注目，1991年6月在美国召开了第一届集成化建筑环境会议，即有近300篇论文，几百人参加（包括韩国、台湾的学者）。迄今已召开了四届会议，有关的研究讨论越来越深入[14～17]。1988年美国能源部投资3000万美元开始AEDOT系统的开发，目前已研制出示范系统，并开始进一步向实用性发展。欧洲十来个国家的有关研究单位联合开发COMBINE系统。该项目历时五年，投资已超过1000万欧洲货币单位，在1995年6月已完成概念研究和原型示范系统。1990年EIAAnnex21SubtaskD"DesignSupportEnvironment"开始，加拿大、德国、英国、瑞士等国专家就集成化建筑设计环境的开发状况做调查和分析。开始于1995年9月的IEAAnnex30"BringingsimulationtoApplication"又是一个新的国际合作项目，它的目的也是研究如何把模拟软件通过IBDS应用于实际建筑设计工程中。到目前为止，IBDS还处在研究和开发阶段，世界上还没有一个供实用的IBDS。
我国建筑设计应用CAD从80年代中期开始，真正进入实用阶段是1991年年底之后。在全国大约9000家从事建筑设计的单位中，甲级院都装备比较好的CAD系统，并且近年来微机数量增加很快（1992年增加8000台，1993年增加31000台）。在具备计算机硬件的同时，国内一些公司和研究单位推出实用性的建筑、结构、给排水、暖通空调、电气和工程概预算的CAD软件。但是，目前设计单位中不同的专业应用计算机技术水平差别较大[18]，而且大部分CAD软件只是用计算机代替图板和丁字尺绘图，没有把绘图和计算集成到一起。在数值计算中应用较多的是结构设计。可喜的是，最近国内一些研究单位开始IBDS的研究探讨[18]。与国外的开发研究状况相比，我们认为国内此领域的工作尚需在长远规划和相互协作等方面得到重视和加强。
计算机集成化制造系统CIMS是国家863重大项目，十几个单位联合攻关。IBDS在国外与CIMS的重要性相当，它可以解决建筑规划、设计、施工、调试及运行中的一系列问题，从而提高设计与施工质量、降低成本、提高效率。因此，是否应该将IBDS作为重点目标，做好长远规划，一步步为之努力，而不仅是在目前的CAD系统的基础上添添改改，满足当前的市场需求。80年代初各部门即研究开发暖通空调模拟软件，十多年后，除个别软件广泛使用外，大多数使用者却转向国外一些著名的模拟计算软件。如果我们按照目前的状况发展，会不会十年后发生类似的现象，即国外成套的成熟的集成化环境进入我国而将我们的取而代之？现在可能是需要整体考虑、长远规划的时候了。
IBDS涉及范围广，工程浩大，很难由一个单位独立完成，必须联合协作。在市场经济体制下，又无国家财政支持，如何进行联合协作？又如何能与国外竞争？联合与协作不是分工编软件，而是通过不断交流，进行概念研究和标准制定，这方面的工作量远比具体编程大，必须通过合作交流来完成，而合作的结果会使参加各方均受益。能否在国家的支持下，由学会组织，有关设计和研究单位合作，在联合开发我国的IBDS呢？
IBDS是一个完美的计算机辅助建筑设计系统，虽然它的实施尚有一段不短的路要走，但是它的哲理、思想和方法无疑是正确而深刻的。IBDS的实施将大大提高建筑设计的水平，推动建筑业的发展，并且创造一种崭新的设计文化。
6参考文献
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